STM32F4_DMA直接存储器详解

单片机的核心是CPU，我们知道CPU无时无刻不在处理着大量的事务，其中包括转移数据、计算数据、控制程序转移等等。正如中断一样，CPU处理的事务也有轻重缓急之分，有些事情对于CPU来说并不是那么重要，比方说转移数据、存储数据、复制数据，如果通过其他功能去处理这些事，而让原本应该处理这些事件的CPU转而去处理更加重要、复杂的事务，是不是可以更好的利用CPU资源呢？

DMA就是基于这种设想而设计的，转移数据（特别是大量的数据费时费力）是可以不用CPU参与的，这部分CPU转而去处理更加复杂重要的事务，可以大大的增强CPU资源利用率。比方说我们希望资源 A 的数据复制到资源 B，是可以不用CPU参与的，只需要在资源 A 和资源 B 之间开辟一个DMA通道来复制数据即可。CPU可以转而去处理更加重要的事务。

DMA的作用就是为了解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。有了DMA使得CPU更专注于更加重要实用的操作、计算、控制等。

DMA控制器基于复杂的总线矩阵架构，将功能强大的双 AHB 主总线架构与独立的 FIFO 结合在一起，优化了系统带宽。两个DMA控制器总共有16个数据流（每个控制器8个），每一个DMA控制器都用于管理一个或多个外设的存储器访问请求。每个数据流总共可以有多达8个通道（或称请求）。每个通道都有一个仲裁器，用于处理DMA请求间的优先级（类似于中断中的NVIC）。

2. DMA的主要特性

双 AHB 主总线架构，一个用于存储器访问，另一个用于外设访问
仅支持 32 位访问的 AHB 从编程接口
每个DMA控制器有8个数据流，每个数据流有多达8个通道（或称请求）
每个数据流有单独的四级 32 位先进先出存储器缓冲区 (FIFO)，可用于 FIFO 模式或直接模式
通过硬件可以将每个数据流配置为：
—支持外设到存储器、存储器到外设和存储器到存储器传输的常规通道
—也支持在存储器方双缓冲的双缓冲区通道
8 个数据流中的每一个都连接到专用硬件 DMA 通道（请求）
DMA 数据流请求之间的优先级可用软件编程（4 个级别：非常高、高、中、低），在软件优先级相同的情况下可以通过硬件决定优先级（例如，请求 0 的优先级高于请求 1）
每个数据流也支持通过软件触发存储器到存储器的传输

3. DMA功能

3.1 DMA功能框图

DMA控制器执行直接存储器传输：采用AHB主总线，它可以控制AHB总线矩阵来启动AHB事务；

直接存储器执行的事务包括：外设到存储器的传输、存储器到外设的传输、存储器到存储器的传输。

DMA控制器提供两个AHB主端口：AHB存储器端口（用于连接存储器）和 AHB外设端口（用于连接外设）。但是需要注意：当执行存储器与存储器之间的传输时，AHB外设端口必须也可以访问存储器。

3.2 DMA事务

DMA事务由给定数目的数据传输序列组成。要传输的数据项的数目及其宽度（8位、16位或 32位）可由软件编程。

每个DMA传输包含三项操作：

通过 DMA_SxPAR 或 DMA_SxM0AR 寄存器寻址，从外设数据寄存器或存储器单元中加载数据。
通过 DMA_SxPAR 或 DMA_SxM0AR 寄存器寻址，将加载的数据存储到外设数据寄存器或存储器单元。
DMA_SxNDTR 计数器在数据存储结束后递减，该计数器中包含仍需执行的事务数。

在产生事件后，外设会向DMA控制器发送请求信号。DMA控制器根据通道优先级处理该请求。只要DMA控制器访问外设，DMA控制器就会向外设发送确认信号。外设获得DMA控制器的确认信号后，便会立即释放其请求。一旦外设使请求变得失效，那么DMA控制器就会释放确认信号。如果有更多的请求，外设可以启动下一个事务。

3.3 通道选择

每一个数据流都与一个DMA请求相关联，此DMA请求可以从8个可能的通道请求中选出。此选择由DMA_SxCR寄存器中的CHSEL[2:0]位控制。

3.4 仲裁器

仲裁器为两个AHB主端口（存储器和外设端口）提供基于请求优先级的 8 个DMA数据流请求管理，并启动外设/存储器访问序列。

优先级管理分为两个阶段：

软件：每个数据流优先级都可以在DMA_SxCR寄存器中配置。分为：非常高优先级、高优先级、中优先级、低优先级。
硬件：如果两个请求具有相同的软件优先级，则编号低的数据流优先于编号高的数据流。例如：数据流 2 的优先级高于数据流 4 的优先级。

3.5 DMA数据流

8个DMA控制器数据流都能提供源和目标（传输的双方）之间的单向传输链路。

每个数据流配置后都可以执行：

常规类型事务：存储器到外设、外设到存储器或存储器到存储器的传输。
双缓冲区类型事务：使用存储器的两个存储器指针的双缓冲区传输。

3.6 源、目标和传输模式

源传输和目标传输在整个 4GB 区域（也就是地址在0x0000 0000和0xFFFF FFFF之间）都可以寻址外设和存储器。

传输方向使用的是DMA_SxCR寄存器中的DIR[1:0]位进行配置，有三种可能的传输方向：存储器到外设、外设到存储器或存储器到存储器。

3.6.1 外设到存储器模式

使能了这个模式（将DMA_SxCR寄存器中的位EN置1）时，每次产生外设请求，数据流都会启动数据源到FIFO的传输。

FIFO简介：

FIFO用于在源数据传输到目标之前临时存储这些数据。

每个数据流都有一个独立的4字FIFO，阈值级别可由软件配置为1/4、1/2、3/4或满。为了使能FIFO阈值级别，必须通过将DMA_SxFCR寄存器中的DMDIS位置1来禁止直接模式。FIFO的结构随源与目标数据宽度而不同。